專利名稱：高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱塑性復(fù)合材料，尤其涉及一種高性能的采用多種連續(xù)纖維混合增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
一般無機(jī)纖維，如玻璃纖維、碳纖維和玄武巖纖維等具有良好的抗蠕變性能和粘結(jié)性能，但他們?cè)诒葟?qiáng)度、抗沖擊性能等諸多方面不及超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維。 無機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最大的缺點(diǎn)為脆性，斷裂伸長率低，在遭受沖擊后容易引起損傷，并引起復(fù)合材料力學(xué)性能較大幅度地降低，尤其是沖擊后的剩余壓縮強(qiáng)度明顯降低。因此，提高無機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的韌性和抗沖擊性能是其廣泛應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。超高分子量聚乙烯纖維具有良好的力學(xué)性能，是比強(qiáng)度最高的商業(yè)化纖維，另外它還具有高模量、高能量吸收能力和抗沖擊能力以及耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；同樣，芳綸纖維也具有很高的強(qiáng)度和模量，并且表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性以及耐疲勞性、耐摩擦性、電絕緣性等。但是，目前市場(chǎng)上這兩種高性能纖維的價(jià)格較為昂貴，難以滿足在工業(yè)上大量應(yīng)用而又需要將成本控制在較低范圍的要求。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，如US5240974、EP0491043、CN1775516A等專利公開的技術(shù)，現(xiàn)有的纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料，通常采用金屬纖維、碳纖維或玻璃纖維等單一無機(jī)纖維作為增強(qiáng)材料，但是在某些領(lǐng)域如軍工、航空、航天等，其強(qiáng)度依然較低而不能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，因此目前急需一種強(qiáng)度更高、性能更為優(yōu)越的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。目前，國內(nèi)外已有關(guān)于玻璃纖維等無機(jī)纖維與其它纖維進(jìn)行混合增強(qiáng)的報(bào)道，但多以短纖維共混及混合編織為主，還沒有關(guān)于連續(xù)無機(jī)纖維混合連續(xù)有機(jī)纖維直接與樹脂進(jìn)行復(fù)合，以改善單一纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料性能的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法，得到的復(fù)合材料不僅抗沖擊和耐疲勞性能優(yōu)異，還能以較低的價(jià)格達(dá)到更好的增強(qiáng)效果，滿足更高的使用要求。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括以下組分及重量份增強(qiáng)填料 35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0. 5_5，所述增強(qiáng)填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95 wt%的無機(jī)纖維和5-45 wt%的有機(jī)纖維。 所述有機(jī)纖維選自超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中的一種或兩種。
所述無機(jī)纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維中的一種或幾種。所述無機(jī)纖維和有機(jī)纖維是連續(xù)無捻的，不同的纖維單絲直徑相近，加工過程中可以規(guī)則地均勻地展開。所述熱塑性樹脂為聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯硫醚中的一種或幾種。所述聚烯烴選自聚乙烯或聚丙烯。所述助劑為常用功能助劑，包括相容劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、脫模劑、成核劑、潤滑齊U、抗靜電劑、阻燃劑、色母中的一種或幾種。一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟
將無機(jī)纖維和有機(jī)纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置， 然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為180-220°C，預(yù)加熱時(shí)間為5-lOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將熱塑性樹脂和助劑熔融擠出并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預(yù)浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；其中，混合纖維35-60重量份，熱塑性樹脂 35-60重量份，助劑0. 5-5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10-20赫茲，牽引速度為5-10米/分鐘。相關(guān)技術(shù)可參考公開號(hào)為CN101474868A的中國發(fā)明專利。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明采用連續(xù)無機(jī)纖維與高性能有機(jī)纖維如超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維混合增強(qiáng)熱塑性樹脂基體的方式提高復(fù)合材料的抗沖擊和耐疲勞性能，綜合了多種不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，改善了單一無機(jī)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料韌性差、抗疲勞強(qiáng)度差及有機(jī)纖維與其他材料的粘接性能差的弱點(diǎn)，得到一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量，特別是抗沖擊性能和耐疲勞性能有明顯提高的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，能夠滿足更高的使用要求。本發(fā)明僅采用少量價(jià)格昂貴的高性能有機(jī)纖維與無機(jī)纖維混合，因此能夠在有效降低成本的基礎(chǔ)上達(dá)到更好的增強(qiáng)效果，滿足材料更高的使用要求。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。各實(shí)施例中所用纖維性能如表1所示。無堿玻璃纖維(4588 2400tex)，PPG公司；玄武巖纖維(BC13-M00)，四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司；超高分子量聚乙烯纖維 (SP165/50)，上海斯瑞聚合體科技有限公司；芳綸纖維(TwaronlOOS)，日本帝人珠式會(huì)社。實(shí)施例1
生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，將無堿玻璃纖維和芳綸纖維按表2所示的不同重量比放置于紗架上(S11)，并從紗架上共同引入展絲裝置(S12)，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到無堿玻璃纖維和芳綸纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶(S13)，再經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為200°C，預(yù)加熱時(shí)間為8s?；w樹脂選為聚丙烯，助劑為相容劑PP-g-MAH，通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將改性樹脂熔融擠出 (S14)并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型(S15)，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平(S16)、冷卻、切割得到無堿玻璃纖維和芳綸纖維混合增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料預(yù)浸帶 (S17)，最后將預(yù)浸帶壓制成板材(S18)。其中，混合纖維45重量份，聚丙烯50重量份，相容劑5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制；具體工藝參數(shù)樹脂擠出頻率為15-18赫茲，牽引速度為5-7米/分鐘。將預(yù)浸帶壓制成型，將得到的樣品按照GB/T1040、GB/T1043、GB/T9342進(jìn)行裁樣， 將所制成的樣條在相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)的條件下進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果列于表2中。實(shí)施例2
實(shí)施例2中增強(qiáng)纖維為無堿玻璃纖維和超高分子量聚乙烯纖維；其他操作過程及測(cè)試方法與實(shí)施例1相同，測(cè)試結(jié)果列于表3中。實(shí)施例3
實(shí)施例3中增強(qiáng)纖維為無堿玻璃纖維和芳綸纖維；基體樹脂為尼龍6 ；助劑為抗氧劑 1010和抗氧劑168。其他操作過程及測(cè)試方法與實(shí)施例1相同，測(cè)試結(jié)果列于表4中。實(shí)施例4
實(shí)施例4中增強(qiáng)纖維為無堿玻璃纖維和超高分子量聚乙烯纖維；其他操作過程及測(cè)試方法與實(shí)施例3相同，測(cè)試結(jié)果列于表5中。實(shí)施例5
實(shí)施例5中增強(qiáng)纖維為玄武巖纖維和芳綸纖維；其他操作過程及測(cè)試方法與實(shí)施例3 相同，測(cè)試結(jié)果列于表6中。實(shí)施例6
將55 wt%的碳纖維和45 wt%的超高分子量聚乙烯纖維按比例配置后放置于紗架上， 并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為220°C， 預(yù)加熱時(shí)間為IOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚碳酸酯和光穩(wěn)定劑熔融擠出并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、 冷卻、切割成預(yù)浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料；其中，混合纖維 35重量份，聚碳酸酯60重量份，光穩(wěn)定劑5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為20赫茲，牽引速度為5米/分鐘。實(shí)施例7
將95襯％的玄武巖纖維和5 wt%的芳綸纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為180°C，預(yù)加熱時(shí)間為^ ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚酯和抗靜電劑熔融擠出并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預(yù)浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料；其中，混合纖維60重量份，聚酯35重量份，抗靜電劑0. 5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10赫茲，牽引速度為10米/分鐘。實(shí)施例8
將50 wt%的玻璃纖維、35 wt%的碳纖維和10 wt%的超高分子量聚乙烯纖維、5 wt%的芳綸纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為195°C，預(yù)加熱時(shí)間為6s ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚乙烯和阻燃劑熔融擠出并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型， 連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預(yù)浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料；其中，混合纖維50重量份，聚乙烯48重量份，阻燃劑2重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為12赫茲，牽引速度為8米/分鐘。以上公開的僅為本申請(qǐng)的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本申請(qǐng)并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括以下組分及重量份增強(qiáng)填料35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0. 5_5，其特征在于，所述增強(qiáng)填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95 wt%的無機(jī)纖維和5-45 wt%的有機(jī)纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述有機(jī)纖維選自超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中的一種或兩種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述無機(jī)纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述無機(jī)纖維和有機(jī)纖維是連續(xù)無捻的，不同的纖維單絲直徑相近，加工過程中規(guī)則地均勻地展開。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述熱塑性樹脂為聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯硫醚中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求5所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述聚烯烴選自聚乙烯或聚丙烯。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述助劑為常用功能助劑，包括相容劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、脫模劑、成核劑、潤滑劑、抗靜電劑、阻燃劑、色母中的一種或幾種。
8.—種如權(quán)利要求1所述的高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于，包括以下步驟將無機(jī)纖維和有機(jī)纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置， 然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱后導(dǎo)入雙擠出模頭，預(yù)加熱溫度為180-220°C，預(yù)加熱時(shí)間為5-lOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將熱塑性樹脂和助劑熔融擠出并對(duì)連續(xù)纖維帶進(jìn)行預(yù)浸漬，在復(fù)合單元處復(fù)合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預(yù)浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；其中，混合纖維35-60重量份，熱塑性樹脂 35-60重量份，助劑0. 5-5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10-20赫茲，牽引速度為5-10米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能的連續(xù)纖維混合增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括以下組分及重量份增強(qiáng)填料35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0.5-5，所述增強(qiáng)填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95wt%的無機(jī)纖維和5-45wt%的有機(jī)纖維。本發(fā)明采用連續(xù)無機(jī)纖維與高性能有機(jī)纖維混合增強(qiáng)熱塑性樹脂基體的方式提高復(fù)合材料的性能，綜合了多種不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，得到一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量，特別是抗沖擊和耐疲勞性能有明顯提高的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。本發(fā)明采用少量價(jià)格昂貴的高性能有機(jī)纖維與無機(jī)纖維混合，能夠在有效降低成本的基礎(chǔ)上達(dá)到更好的增強(qiáng)效果，滿足材料更高的使用要求。
文檔編號(hào)C08L81/02GK102477177SQ20101056385
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者冉廷寶 申請(qǐng)人:遼寧杰事杰新材料有限公司